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影响钕铁硼性能的因素及如何通过技术手段提升磁材性能

2022/07/20 14:32
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【摘要】:
钕铁硼永磁材料自问世以来,就以其优越的磁性能而备受关注,被称为“磁王”,在市场需求的不断地增长下,钕铁硼生产工艺及磁体性能也不断发展和提升。我们一般用剩磁、矫顽力、内禀矫顽力和最大磁能积这几个指标来衡量磁性材料的性能。

      钕铁硼永磁材料自问世以来,就以其优越的磁性能而备受关注,被称为“磁王”,在市场需求的不断地增长下,钕铁硼生产工艺及磁体性能也不断发展和提升。我们一般用剩磁、矫顽力、内禀矫顽力和最大磁能积这几个指标来衡量磁性材料的性能。

剩磁Br
       如果把磁铁比喻成海绵,剩磁就好似海绵吸水吸饱和了,这个时候显示的磁铁磁力值。它是指将一个磁铁在闭路环境下被外磁场充磁到技术饱和后撤消外磁场,此时磁铁表现的磁感应强度。

矫顽力Hcb和内禀矫顽力Hcj
      海绵里的水吸到最大,然后把水压出来,压到海绵里没有水,这个使用的压力就好比是矫顽力。它是磁体在反向充磁时,使磁感应强度降为零所需反向磁场强度的值。但此时磁体的磁化强度并不为零,只是所加的反向磁场与磁体的磁化强度作用相互抵消,此时若撤消外磁场,磁体仍具有一定的磁性能。而内禀矫顽力是使磁体的磁化强度降为零所需施加的反向磁场强度。

最大磁能积(BH)max
      海绵里吸水饱和,里面水的总量可理解为是·大磁能积。它代表了磁铁两磁极空间所建立的磁能量密度,即气隙单位体积的静磁能量,是Br与Hcj乘积的最大值,它的大小直接表明了磁体的性能高低。

       什么决定了钕铁硼强磁的以上性能,如何通过技术手段提升磁材性能,以及使用中如何避免磁材性能不损耗。

       钕铁硼强磁的原料成分及生产工艺决定了它的先天磁性能,而在成为强磁成品后,它的工作环境(包括温度、湿度等因素)会影响其先天磁性能的发挥,使用不当的话,会出现长久退磁的情况。

1.原料成分对钕铁硼强磁性能的影响
      钕铁硼强磁顾名思义是由稀土金属钕、纯铁和硼采用粉末冶金工艺制成的磁性材料,为了进一步提升钕铁硼的磁性能,可在三元系Nd-Fe-B材料的基础上进一步添加其他元素,但元素的添加对磁体性能的影响可能是双向的,应根据钕铁硼强磁的使用场合对磁材性能的具体要求来确定添加元素。

各种添加元素的作用及原因

参考文献∶张守民NdFeB稀土永磁材料研究进展【J】.稀土,2001,22(1)∶491

2.生产工艺对钕铁硼强磁性能的影响
      为了获得高性能的钕铁硼永磁体,新技术和新工艺不断涌现。在烧结NdFeB生产过程中,主要问题是防止α-Fe相的析出和合金的氧化,难于得到理想的显微组织,为解决这几方面的问题,实践中不断涌现新的方法及工艺,例如∶添加防氧化剂、润滑剂,并采用快淬甩带法制备磁体;钢锭均匀化处理和片铸工艺;双相法制备工艺;湿压成型工艺等。加入防氧化剂最大好处是使最终磁体的氧含量降低,同时磁粉可以磨得更细,这有利于提高矫顽力,另外由于氧含量降低,也有利于提高矫顽力。与传统工艺相比,添加防氧化剂的磁体内禀矫顽力可提高160kA/m左右。添加润滑剂后使磁粉之间摩擦力变小,改善磁粉的流动性,提高取向度,从而提高剩磁。

      采用甩带法制备的钕铁硼带厚度为0.25~0.35mm可彻底消除α-Fe相。由于采用甩带法制得的粉末抗氧化能力增强,磁体晶粒尺寸变小,矫顽力有较大提高。

3.工作环境对钕铁硼强磁性能的影响
       温度∶钕铁硼强磁有严格的工作温度限制,高于工作温度时磁体就可能会出现退磁的现象,而高于居里温度时,磁体退磁将不可逆。

永磁材料磁性能测量仪器

       FE-2100H永磁材料测量装置,可测量圆柱、方块、环形和瓦形等形状的铁氧体、铝镍钴、钕铁硼和钐钴、稀土等永磁材料的剩磁Br、矫顽力Hcb、内禀矫顽力Hcj和最大磁能积BHmax等磁性能参数,显示B&J-H磁滞回线和退磁曲线。